Une règle de base est de toujours mettre une résistance, quelque soit l'entrée ou la sortie. Un µC comme l'Atmega ne sert qu'à traiter de l'information et à envoyer des ordres (grosso-modo hein) c'est pas un étage de puissance. Donc les courant mis en jeu sont relativement faible.
Dans ton cas il faut juste suivre un état logique, donc entrée digitale en effet. Après oui effectivement, est-ce que le le transistor va bien completement se bloquer ... ça je peux pas le dire. Si c'est pas le cas, faudra juste faire une petite amplification (avec un amplificateur opérationnel c'est très simple à faire).
A l'entrée tu auras un pic, donc une transition low to high, puis high to low 
(si bien sûr le phototransistor se bloque)